中英文翻译-热处理工艺对打印ITO薄膜电性能改善的研究

37附 录 翻译38394041热处理工艺对打印 ITO 薄膜电性能改善的研究SungJei Hong a, JongWoong Kim a, Jeong In Han b,摘 要：在这项研究中, 要装在喷墨打印机上的氧化铟锡 (ITO)薄，是通过优化热处理条件来提电性能的。对喷墨喷涂，质量分数是 10%、20%、30%的ITO 油墨已制定好 ,他们在玻璃衬底上喷涂 ITO 油墨。然后,喷涂好的 ITO 薄膜分别被加热至 300、400、500、600，并将其分别置于不同浓度的氮气和不同浓度的混合气体环境中。结果,处于单步执行的氮气氛围中的 ITO 薄膜的电阻降低了，而薄膜的浓度和热处理温度升高了。质量分数是 30%的 ITO 墨，在一个氮气大气压下，加热温度为 600，薄膜的电阻提高到 455/cm 2，透光率提高 90%，取得了令人满意的效果。关键词：ITO 墨 喷墨喷涂 后热处理 薄膜电阻 光透射率1 引言最近，由于直接喷涂方式，例如油墨喷涂，具有明显的优势，正在逐步引起人们的注意。直接喷涂不用光刻或蚀刻，而是将电极和基质接触。直接喷涂能够被应用范围广泛，如电极、信息显示的电介质、半导体、喷涂电路板、RFIDS、太阳能电池、发光二极管等。一个有前途的直接喷涂的应用是触摸屏面板透明电极，太阳能电池，信息显示器的制造等。作为一种透明电极材料，ITO薄膜由于其特有的高的透光性和导电性能而被使用。然而，含铟的废气也越来越成为一个全球性的问题，In的价格也在随着相关市场成比例的增加。因此，迫切要求减少In的使用，在制作过程中增加ITO油墨的使用，直接喷涂出透明电极，正在引起人们的注意。许多研究者曾尝试使用ITO墨获得具有更小电阻和更好透光性的ITO 薄膜，从结果看来，喷涂后的热处理条件被认为是一个很重要的参数。因此，在这项研究中，尝试通过优化热处理条件来提高ITO薄膜的性能。2 实验实验流程如图 1 所示。首先在通过低温合成的方法合成 ITO 纳米粒子，详细过程在上一篇论文有描述。合成的 ITO 纳米粒子和含有分散剂的酒精溶剂混合来制得 ITO 墨。也就是说，酒精、乙烯、乙二醇混合在一起，并添加少量的聚合物分散剂被加入混合溶液。然后，将 ITO 纳米放入溶剂溶剂，在机械力作42用下粒子分散开来，直到溶液中的 ITO 纳米粒子全部分散开。在油墨中的ITO 纳米粒子的浓度控制在 10%、20% 、30。为了确定有机组成部分的最低烧制温度，除油墨中的 In 和 Sn，还要行为通过热重分析仪或热差分析仪分析制得的墨的热力学性能。然后，油墨被 5mm 大小的过滤器过滤，并直接经由一个 60mm 的喷嘴直接喷涂在玻璃衬底上。喷涂之后，ITO 薄膜在 60下干燥1 小时，然后在单步氮气氛围中分别加热至 300、400、500、600，使用这些气体的组合步骤。ITO 的厚度薄膜调整了约 3m。通过分光光度计(JASCO V560)和四点探针电测系统 (三菱化学 analytech，MCPT610)，分别对 ITO 薄膜的光学和电学性能特点进行了评价。图1 实验流程3 结果及讨论如图2所示，TGA分析显示，在160时，油墨的中的ITO重量减少22% ，250时，不同的样品，重量均有轻微的变化，变化分别为10%、 20 %或30%。在相近的温度时，观察热流的变化。此外，在350时观察热流的轻微变化。这些现象是由于在油墨中聚合物成分的热分解造成的。就是说，组成聚合物成分的溶剂和添加剂被蒸发了，只留下ITO纳米微粒。 通过喷头的微喷管，喷出ITO油墨，喷涂ITO 薄膜，这种模式效果很好。经43过热处理后，喷涂ITO 薄膜的电学和光学性能进行得到了表征。如图3所示的电学性能，由于油墨中ITO 纳米粒子的浓度提高，因此ITO薄膜的电阻下降。也就是说ITO油墨质量分数是 10%、20% 、30%的ITO薄膜，薄膜电阻分别是17780、9042、2941 /c。这种现象被归结为类渗流行为。也就是说，油墨溶液中的ITO纳米粒子的浓度影响ITO 薄膜的电阻。随着 ITO 纳米粒子浓度的增加，导电ITO 纳米粒子彼此之间的联系更加紧密。ITO 纳米粒子低浓度的情况下电阻表现出线性的行为。然而，随着 ITO 纳米粒子浓度的增加，电阻随浓度的变化将表现出类渗流行为。因此，通过使用30%的ITO油墨来制得ITO 薄膜，在不同浓度的氮气和空气氛围中研究ITO 薄膜的电学特性。如图4所示，尽管使用相同的ITO油墨，但是在不同的气体氛围中ITO 薄膜的薄膜电阻显示出很明显的不同。也就是说，在单步氮气、空气、空气和单步氮气、氮气和单步空气的氛围中热处理后，ITO薄膜的电阻值分别是890、964、1690、5520 /c 。从结果看出，单步热处理比分步热处理能产生更低的电阻。值得注意的是，在500富氮气条件下热处理，能够获得低至890/c的电阻值。人们认为这些现象是由于氧气不足，气氛会影响ITO薄膜的微观结构。氮气影响载流子的浓度，这也是在惰性气体氛围中进行热处理的原因。一般说来，在空气或富氧气氛中进行热处理时，纳米粒子被氧化，这可能导致载流子浓度降低。然而，通过使用包括氮气在内的惰性气体可以减少纳米粒子的氧化，因为惰性气体能够干扰氧气供应并且将它推到纳米粒子的晶格之中。在这种情况下，可以形成作为载流子的氧空位。同时，载流子浓度能够影响霍尔迁移，这种现象是由于ITO 晶体的晶格结构的杂质散射机制所导致的。目前，正在进一步研究和分析以找出这些现象的原因。因此，在氮气浓度一定的条件下，研究由于热处理温度导致的电阻的变化。如图5所示，随着热处理温度的升高，电阻下降。也就是说，热处理温度是300、400、500、600时，电阻值分别是7580、2650、890、455/c,产生这些现象的原因是由于薄膜产发生了退火效应，即，热处理温度升高时，喷涂ITO薄膜的微观结构的晶粒尺寸变大而电阻减小。电阻值是455/cITO薄膜是能够应用于电阻式触摸屏的范围。尽管热处理温度升高了，但是ITO薄膜的透光性几乎没有改变。如图6所示，可见光的中波范围，600nm 的波长，在热处理温度是300、400、500、600时，ITO薄膜的透光率分别是85.6%、 91.0%、91.7%、 89.7%。从结果可以看出， ITO薄膜的光学特性仅仅受热处理温度的影响。如图7所示，ITO薄膜的透光率达到了90%。4445图2 10%、20%、30%ITO油墨热力学分析图3 不同ITO纳米粒子浓度ITO油墨喷涂制得的ITO薄膜的电阻46图4 500下不同气氛喷涂制得的ITO薄膜的薄膜电阻图5 氮气环境中，不同热处理温度喷涂制得的ITO 薄膜的薄膜电阻47图6 不同热处理温度制得的ITO薄膜在600nm光波时的光透射率图7 在氮气环境中，600热处理后，ITO薄膜的光透射率4 结论在这项研究中，通过改变热处理工艺来研究喷涂制成的ITO薄膜的电学特48性。得到的结论是，在单步氮气氛围中，ITO薄膜的电阻随着ITO油墨的浓度和热处理温度的上升而下降。在单步氮气氛围中，热处理温度是600时，使用质量分数是30%的ITO 油墨，ITO 薄膜的薄膜电阻能达到 455/c，透光率能达到90%。说明这项工作得到了韩国知识经济部门赞助的韩国能源与资源回收再利用技术发展与计划组织机构的大力支持。参考文献1 E. zkol, J. Ebert, K. Uibel, A.M. Wtjen, R. Telle, Development of high solid content queous TZPsuspensions for direct inkjet printing using a thermal inkjet printer, Journal of the european Ceramic Society 29 (2009) 403e409.2 S.H.Lee, S.H. Kim, D.J. Choo, J. Jang, Stable 6,13bis(4pentylphenylethynyl) pentacene thinfilm transistor by inkjet printing, Current Applied Physics 10 (2010) e161ee165.3 K. Suganuma, Inkjet Writing of Fine Pitch Circuits with Metallic Nanoparticle Pastes in Japanese. CMC Publications, Tokyo, Japan, 1985.4 J.A. Jeong, J. Lee, H. Kim, H.K. Kim, S.I. Na, Inkjet printed transparent electrode using nanosize indium tin oxide particles for organic photovoltaics,Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010) 1840e1844.5 T. Minami, Substitution of transparent conducting oxide thin films for indium tin oxide transparent electrode applications, Thin Solid Films 516 (2008) 1314e1321.6 S.J. Hong, Y.H. Kim, J.I. Han, Development of ultrafine indium tin oxide (ITO) nanoparticle for inkjet printing by lowtemperature synthetic method, IEEE Transactions on Nanotechnology 7 (2008) 172e176.7 S.J. Hong, J.W. Kim, J.W. Lim, G.S. Choi, M. Isshiki, Characteristics of printed thin films using indium tin oxide (ITO) ink, Materials Transactions 51 (10) (2010) 1905e1908.8 P.S.R.K. Prasad, A.V. Reddy, P.K. Rajesh, P. Ponnambalam, K. Prakasan, Studies on rheology of ceramic inks and spread of ink droplets for direct ceramic ink jet printing, Journal of Materials Processing Technology 176 (2006) 222e2299 J. Puetz, M.A. Aegerter, Direct gravur